專利名稱：垂直軸水力發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直軸水力發(fā)電機，它具有一個設(shè)有軸套的轉(zhuǎn)子星輻，在星輻的外圓周上設(shè)有轉(zhuǎn)子輪圈，該輪圈支承著由極疊片疊形成的轉(zhuǎn)子極及磁極繞組，它還具有一個設(shè)在轉(zhuǎn)子外圍的并通過空氣隙與轉(zhuǎn)子隔開的定子，該定子具有一個內(nèi)疊片層疊形成的并在內(nèi)圓周上具有容納定子繞組的槽的定子疊片體，定子繞組在其疊片體兩端側(cè)具有定子繞組端頭及繞組連接線，其中，不僅在轉(zhuǎn)子輪圈中而且在定子疊片體中均設(shè)有徑向伸展的冷卻槽，來自軸套的冷卻空氣可經(jīng)由轉(zhuǎn)子輪圈中的所述槽，極之間的間隔，空氣隙及定子疊片體中的槽進入到圍繞著定子疊片體的設(shè)有冷卻器的環(huán)形空間并從這里起再被導(dǎo)回到軸套，其中，轉(zhuǎn)子本身起到冷卻空氣推進及建壓部件的作用。
本發(fā)明涉及這樣一種現(xiàn)有技術(shù)，例如是由BBC公司(Brown Boveri & Company，Ltd CH-5401Baden/Switzerland)的名為“卡拉卡(Karakaya)，土耳其的一個水電廠公司刊物”(發(fā)表號為CH-T130213E，未注日期)中，尤其是第6頁上圖6給出的。
在開始部分描述的這類垂直軸水力發(fā)電機中，冷卻空氣在轉(zhuǎn)子軸套的區(qū)域中進入轉(zhuǎn)子，從那里起經(jīng)過斜輪輻之間的間隔進入到轉(zhuǎn)子輪圈。輪圈上設(shè)有徑向槽，它與極縫相連通。斜輪輻起到通風(fēng)機的作用，轉(zhuǎn)子輪圈中的槽及極縫起到壓力發(fā)生器的作用。冷卻空氣通過極縫流入發(fā)電機氣隙，并由此經(jīng)過定子疊片體中的同樣是徑向伸展的槽進入一個環(huán)形空間，該環(huán)形空間包圍著定子疊片體，并在外部由地基溝或鋼結(jié)構(gòu)封閉。在該環(huán)形空間中均勻地設(shè)置著空氣-水冷卻器。在這些冷卻器后面冷卻空氣將掉頭被導(dǎo)回轉(zhuǎn)子軸套，并且流經(jīng)轉(zhuǎn)子輪圈上方及下方的自由空間。
為了冷卻定子繞組端頭，流經(jīng)轉(zhuǎn)子輪圈的空氣中的一個分氣流被引到轉(zhuǎn)子輪圈的端側(cè)上并流過繞組端頭及繞組連接線，然后同樣地流到所述的空氣-水冷卻器。為此目的，繞組端頭空間及轉(zhuǎn)子輪圈端側(cè)的一部分由固定在定子疊片體上的一個大空間的殼板覆蓋。該殼板在轉(zhuǎn)子側(cè)區(qū)段中具有一個轉(zhuǎn)動密封件，它與轉(zhuǎn)子端側(cè)上的一個密封件共同作用。以此方式使所述的分氣流到達空氣-水冷卻器，而不致于和已冷卻的、朝著軸套流動的冷空氣相混合。
除去殼板及轉(zhuǎn)動密封件的結(jié)構(gòu)成本以外，這種實施形式的缺點還在于，為了冷卻繞組端頭及繞組連接線需用空氣，該空氣在經(jīng)由轉(zhuǎn)子輪圈的冷卻槽及極縫的路徑中已被加熱。
從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于在導(dǎo)言部分所述類型的垂直軸水力發(fā)電機上開發(fā)一種冷卻空氣的導(dǎo)向裝置，該導(dǎo)向裝置可結(jié)構(gòu)簡單地及經(jīng)濟地得以實施，并可實現(xiàn)對定子繞組端頭及繞組接線的最佳冷卻。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)在導(dǎo)言部分所述類型的垂直軸水力發(fā)電機上這樣地被解決，即在轉(zhuǎn)子極的兩端側(cè)上設(shè)有由非磁性材料制作的密封板，這些密封板伸入到發(fā)電機氣隙中直到定子孔的附近，并在圓周方向上在至多留有很小間隙的情況下逐個密排，并據(jù)此構(gòu)成一個密封環(huán)，它使發(fā)電機空氣隙與繞組端頭空間隔開。
在發(fā)電機端側(cè)區(qū)域中這樣一種密封環(huán)結(jié)構(gòu)大大簡化了空氣的導(dǎo)向，因為整個冷卻空氣流量在不換向的情況下基本上徑向向外地通過轉(zhuǎn)子及定子被導(dǎo)往冷卻器。將不需要使冷卻氣分流導(dǎo)向到繞組端頭空間中的繞組端頭及繞組連接線。這些繞組端頭及繞組連接線現(xiàn)在處于從冷卻器向轉(zhuǎn)子套筒回流的新鮮冷卻空氣之中。
本發(fā)明特別適用于具有所謂無端板磁極的是CH-A-675799中的主題的水力發(fā)電機。這種極僅是由同樣是相同類型及相同厚度的極疊片構(gòu)成的。除去在近軸的區(qū)域中的傳統(tǒng)夾持部件外，在遠離軸的區(qū)域上設(shè)有穿過整個極的帶有端側(cè)的組合夾持及壓力分配構(gòu)件的夾緊螺栓，該壓力分配構(gòu)件具有朝外突出部分，用于支承磁極繞組。在這種極上，故可以延長及展寬兩個外端的極疊片使其同時用作本發(fā)明構(gòu)思的密封板。但是密封板構(gòu)成單獨的構(gòu)件更為經(jīng)濟并借助于螺栓將其固定在極的端面上。
在附圖中描繪了本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，附圖所示為

圖1垂直軸水力發(fā)電機的一個簡化的縱剖面圖，圖2圖1中所示發(fā)電機的具有轉(zhuǎn)子極的轉(zhuǎn)子輪圈一部分的透視圖，圖3圖1所示發(fā)電機的轉(zhuǎn)子及定子的一部分的簡化橫剖面圖，圖4圖3中所示轉(zhuǎn)子極的簡化俯視圖，圖5具有插入的排氣體及極縫封板的極縫的放大詳細俯視圖，圖6極上密封板的固定點的橫截面圖。
在圖1中以截面圖表示的垂直軸水力發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)基本上相當(dāng)于在導(dǎo)言中引證的公司刊物第6頁圖6所示的發(fā)電機。
在該例中的水力發(fā)電機整個地被安裝在具有壁2及底1的地基坑中。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括一個轉(zhuǎn)子軸套3，傾斜的輪輻4起始于軸套，輪輻的上方及下方被蓋環(huán)5及6覆蓋著。這些部件構(gòu)成了轉(zhuǎn)子星輻。在其外圍上設(shè)有轉(zhuǎn)子輪圈7。輪圈由疊片段8組成，疊片段以層狀方式彼此交錯地在圓周方向上疊放。其中，一層上相鄰的疊片段8彼此隔有距離，由此形成了多個徑向伸展的并完全穿過轉(zhuǎn)子輪圈的冷卻槽9，冷卻空氣可徑向向外地在沿箭頭方向穿過這些槽流動，斜幅4及轉(zhuǎn)子輪圈7之間的機械連接是以公知方式通過條板10，楔11及轉(zhuǎn)子輪圈7內(nèi)周上的軸向槽12來實現(xiàn)的。
在轉(zhuǎn)子輪圈7的外圓周上設(shè)有軸向伸展的燕尾形槽，它用于固定設(shè)有相應(yīng)燕尾構(gòu)型的極爪13的轉(zhuǎn)子極14。該轉(zhuǎn)子極支承著一個磁極繞組15。該轉(zhuǎn)子極的結(jié)構(gòu)基本上相當(dāng)于如在導(dǎo)言部分提到的CH-A-675799中所描述的無端板的轉(zhuǎn)子極，在這里強調(diào)對這種無端板的轉(zhuǎn)子極的引用，以避免重復(fù)贅述。如從圖2中清楚地看到的，轉(zhuǎn)子輪圈7中的每個徑向冷卻槽9分別通入兩個相鄰轉(zhuǎn)子極14之間的空間中，即通入所謂的極縫16中，該極縫16又通向發(fā)電機氣隙17。
包圍著轉(zhuǎn)子的定子(圖1)包括一個由相互隔開的部分疊片體構(gòu)成的定子疊片體18，如轉(zhuǎn)子輪圈7那樣，定子疊片體同樣由分段的疊片構(gòu)成，并在相鄰的部分疊片體之間具有徑向延伸的冷卻槽19。
定子疊片體18被一個定子支承結(jié)構(gòu)20包圍著，該定子支承結(jié)構(gòu)的下方支承在地基底面1上。定子支承結(jié)構(gòu)20的上方被固定在軸承星架21上。在軸承星架上設(shè)有一個完，全覆蓋著地基溝的蓋22，它一直延伸到發(fā)電機的支承及導(dǎo)向軸承(未示出)。在定子支承結(jié)構(gòu)的外圍上設(shè)有分布在該外周面的多個空氣-水冷卻器23。
至此所述的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu)。為了實施本發(fā)明的冷卻空氣導(dǎo)向裝置，在轉(zhuǎn)子極14的兩個端側(cè)上具有由非磁性材料制作的密封板24，在圖1中僅示意地示出了這些密封板14，而在圖3至5中詳細地描繪了它們。這些密封板24例如由一種鋁合金(鋁基硅鎂合金)或玻璃纖維增強的塑料作成，在此例中，它們與磁極線圈15的夾持及支承構(gòu)件無關(guān)的借助直立的螺栓25被固定在極14的遠離軸的部分上(圖5及6)。在圖3中僅看到穿過極的螺栓26，并表示出在定子疊片體18的槽中借助于槽楔27固定的定子繞組28，而在圖6中可以看出磁極線圈15的支承部件29及阻尼繞組的導(dǎo)體30，31。
密封板的一種特別簡單的固定措施在于，如在該例中，最后的三張極疊片具有一個相當(dāng)于螺栓直徑的圓孔，用以容納螺栓桿，并在緊靠最后三張極疊片的那張極疊片上具有一個相應(yīng)于螺帽外輪廓的，如六角形的凹槽，用以阻止螺栓扭轉(zhuǎn)。這些螺栓25在疊放最后三張疊片以前被放置在凹槽中，再將最后三張疊片套放在上面。這種安裝形式，因為與極的夾持及支承部件無關(guān)，非常經(jīng)濟及簡單。這種密封板在維修時也易于更換。
如從圖6中最清楚地看到的，密封板24伸入到發(fā)電機氣隙17中直到定子孔的附近，并留有一個相對電機氣隙17來說很小的間隙32。如果需要的話，為了減少該間隙32，可以附加地將通常為浸漬了人造樹脂的玻璃繩結(jié)構(gòu)的槽楔保持件33(圖6)拉過來。
在圓周方向上，除相鄰的密封板24之間的小間隙34外，這些密封板相互密靠地伸展并以此方式形成了一個密封環(huán)，該密封環(huán)在轉(zhuǎn)子兩端側(cè)上將發(fā)電機氣隙17與繞組端頭空間隔開。
發(fā)電機內(nèi)部相對于繞組端頭空間的進一步隔離可以這樣實現(xiàn)，即，在極縫16的端側(cè)的徑向向外處附加地被一個圖5中所示的極縫封板35蓋住(圖5是圖3中由虛線劃界的、標(biāo)以A的區(qū)段的放大俯視圖)。該板35最好由一種鋁合金或玻璃纖維增強塑料作成，并在徑向內(nèi)端具有一個圓形加寬部分36并用該部分保持在轉(zhuǎn)子輪圈7上的軸向延伸的圓孔37中。它的徑向外部可拆地固定在密封板上。該極縫封板35最好與極縫16中的一個排氣體38相組合。在具有凸極的發(fā)電機中，這種排流體是公知的。它沿極縫的整個軸向長度伸展，并且其任務(wù)是用于填充相鄰的極繞組15之間的空隙，以使得冷卻空氣盡可能密集地及以高速度從極繞組15旁流過。
極縫封板35與排流體38的這種組合件包括一個徑向向內(nèi)敞開的中空體，它的兩端側(cè)各固定在一個極縫封板35上。在密封板24組裝前，該組合件被推入并再與密封板一起安裝。
利用本發(fā)明可以實現(xiàn)一種完全新型的用于垂直軸水力發(fā)電機的冷卻空氣導(dǎo)向裝置(新鮮)的冷卻空氣通過軸套區(qū)域內(nèi)的蓋環(huán)5，6的開口到達轉(zhuǎn)子支承結(jié)構(gòu)內(nèi)，從那兒徑向向外地到達轉(zhuǎn)子輪圈7，再流過轉(zhuǎn)子輪圈7中的冷卻槽9，接著流經(jīng)極縫16進入發(fā)電機氣隙17，并然后再流經(jīng)定子疊片體18中的徑向冷卻槽19。至此被強烈加熱的空氣在空氣-水冷卻器23中被冷卻并在掉頭后通過發(fā)電機上方及下方的空間39及40回到發(fā)電機中心部分。在此路徑上，冷空氣流經(jīng)定子繞組28的繞組端頭41，42并也流經(jīng)繞組連接線及端引線43并強力地冷卻這些關(guān)鍵部分。
實現(xiàn)本發(fā)明的冷卻方案所需的構(gòu)件在體積上遠小于傳統(tǒng)的蓋板。所需的“密封件”具有簡單的構(gòu)型并能經(jīng)濟地制造。它在轉(zhuǎn)子上的固定可通過采用所謂的無端板轉(zhuǎn)子極簡單地實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.垂直軸水力發(fā)電機，具有一個設(shè)有軸套(3)的轉(zhuǎn)子星輻，在星輻的外圓周上設(shè)有轉(zhuǎn)子輪圈(7)，該輪圈支承著由極疊片層疊形成的轉(zhuǎn)子極(14)及磁極繞組(15)，該發(fā)電機還具有一個設(shè)在轉(zhuǎn)子外圍的并通過空氣隙(17)與轉(zhuǎn)子隔開的定子，該定子具有一個由疊片層疊形成的并在其內(nèi)圓周上具有容納定子繞組(28)的槽的定子疊片體(19)，定子繞組在疊片體兩側(cè)是有定子繞組端頭(41，42)及繞組連接線，其中，不僅在轉(zhuǎn)子輪圈(7)中而且在定子疊片體(18)中均設(shè)有徑向延伸的冷卻槽(9、19)，來自軸套(3)的冷卻空氣經(jīng)由轉(zhuǎn)子輪圈中的所述槽(9)、極(14)之間的間距(16)、空氣隙(17)及定子疊片體(18)中的槽(19)進入到圍繞著定子疊片體的、設(shè)有冷卻器(23)的環(huán)形空間并從這里起再被導(dǎo)回到軸套(3)，其中，轉(zhuǎn)子本身起著冷卻空氣推進及建立壓力部件的作用，其特征在于，在轉(zhuǎn)子極(14)的兩端側(cè)上設(shè)有由非磁性材料制作的密封板(24)，密封板伸入到發(fā)電機氣隙(17)中，直到定子孔的附近，并從圓周方向上看，它逐個密排地設(shè)置并以此方式構(gòu)成一個密封環(huán)，該密封環(huán)將發(fā)電機氣隙(17)與繞組端頭空間(39，40)分隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，密封板(24)直接地固定在轉(zhuǎn)子極(14)的外疊片上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電機，其特征在于，密封板借助直立的螺栓(25)固定，該螺栓被防扭轉(zhuǎn)地保持在轉(zhuǎn)子極(14)的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項所述的發(fā)電機，其特征在于，在兩個相鄰的轉(zhuǎn)子極(14)之間的極縫(16)的兩端側(cè)上設(shè)有極縫封板(35)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電機，其特征在于，極縫封板(35)的徑向外部固定在密封板(24)上，其徑向內(nèi)部固定在轉(zhuǎn)子輪圈(7)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電機，其特征在于，在轉(zhuǎn)子輪圈(7)中的極縫(16)的區(qū)域內(nèi)設(shè)有一個圓柱形的孔(37)，在其中固定極縫封板(35)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中一項所述的發(fā)電機，其特征在于，在極縫(16)中設(shè)有一個排氣體(38)，它沿極縫的整個軸向長度伸展，并且其端部固定在極縫封板(35)上。
全文摘要
垂直軸水力發(fā)電機具有一個設(shè)有軸套(3)的轉(zhuǎn)子星輻，在轉(zhuǎn)子星輻的外圓設(shè)有轉(zhuǎn)子輪圈(7)。為使發(fā)電機氣隙(17)與繞組端頭空間(39，40)隔開，在轉(zhuǎn)子極(14)的兩端側(cè)上固定有密封板(24)，它伸入到發(fā)電機氣隙中，直至伸至定子孔附近，并沿圓周方向上看，在至多留有很小縫隙(34)的情況下逐個密排布置。據(jù)此，密封板(24)構(gòu)成了一個密封環(huán)。由此使繞組端頭(41，42)及繞組連接線處于冷卻器(23)后面的新鮮空氣流中并得到最佳冷卻。
文檔編號H02K9/18GK1145546SQ9610564
公開日1997年3月19日 申請日期1996年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月26日
發(fā)明者J·施旺達 申請人:Abb管理有限公司